[发明专利]加热球磨一体式管式炉

说明书

技术领域

本发明属于粉末材料合成工艺设备领域，具体涉及一种加热球磨一体式管式炉。

背景技术

目前在粉末材料的合成中，多数材料，例如锂离子电池正极材料LiCoO₂，LiMnO₂，LiFePO₄等，需要的合成条件包括高温处理和球磨处理两个步骤，前者是为了合成具有目标晶体结构的材料，后者则是为了控制产品的粒度，引入适当的表面修饰等等，特别是某些材料的合成还需要特殊的气氛，例如氩气，氮气，或者是富氧的空气等等。

现有技术中，高温处理通常采用管式炉进行，而球磨处理则有专门的球磨设备，采用的是相对独立的两套设备，高温处理后，取出样品再置于球磨设备中球磨，并且球磨处理后常常还需要高温再处理，某些条件下需要反复数次。

目前如上所述的两步合成过程中存在的问题是显而易见的，材料的转移不仅耗费人力，降低设备自动化水平，而且在合成气氛比较特殊的条件下(例如无水条件，氮气，氩气，或者富氧等等)，转移过程常常会污染合成的材料，提高材料合成的成本。这种背景条件下，设计开发新的融高温处理和球磨处理于一身的一体化合成设备显的尤为重要。

发明内容

本发明目的是：提供一种融高温处理和球磨处理于一身的加热球磨一体式管式炉，能够提高粉末材料合成过程的自动化程度，降低合成成本，减少对合成材料的污染。

本发明的技术方案是：一种加热球磨一体式管式炉，包括炉体，其特征在于所述炉体垂直放置，并呈螺旋管状结构，炉体的上部设有球磨球入口，而下部则设有球磨球出口。

本发明中所述炉体采用分段式设计，从上到下至少顺序包括一加热段、一保温段，或一加热段、一冷却段；在具体的设计中，本发明的炉体可以自由设计成各种分段式结构，例如加热段-保温段-加热段-保温段-冷却段的五段式结构，或者加热段-保温段-冷却段-加热段-冷却段的五段式结构等等。

本发明中所述炉壁为双层结构，内层为承重层，而外层则根据所在工作段不同而为不同的层，所在加热段为加热层，所在保温段为保温层，所在冷却段则为冷却层。

当然本发明中所述炉体也可以采用仅具有一加热段的整体式设计，相应的所述炉壁的双层结构中，内层同样为承重层，而外层则仅为加热层。

本发明中所述冷却段可以是自然冷却段，也可以是强制冷却段。所述自然冷却段主要利用炉壁外层材料的散热特性对炉内合成材料实施冷却的工作段；而强制冷却段则是借助外加的风机等散热设备对炉内合成材料实施冷却的工作段。

本发明中所述炉体呈垂直方向螺距保持一致的单一式螺旋管状结构。

本发明中所述炉体也可以呈垂直方向螺距变化的复合式螺旋管状结构，例如呈塔式螺旋管状结构，或者反塔式螺旋管状结构。

本发明进行材料合成时，球磨球和合成材料一同从炉体上部的入口处加入，在重力作用下沿着呈螺旋管状结构的炉体内腔向下运动，炉体相应的工作段依次对合成材料进行高温处理、保温处理和冷却处理，与此同时球磨球则在每个工作段内对合成材料进行不间断的球磨处理。由于球磨球的运动速度快于多为粉末样品的合成材料，故球磨球先从炉体下部出口脱出，而从出口脱出的球磨球则需要重新从炉体上部入口处加入反复对合成材料进行球磨处理。最终从炉体下部出口处出来的是合成好的粉末材料成品。

本发明所述的加热球磨一体式管式炉中所采用的球磨球同现有技术一样，包括钢球，铁球，石英球等，它们可以是单一尺寸，也可以是多种尺寸的混合，直径从0.1毫米到50毫米不等。

本发明的优点是：

1.本发明所提供的这种加热球磨一体式管式炉，其将球磨处理和高温处理两个工序合为一体，不需要在两种工艺处理之间转换合成设备，具有更高的自动化程度，合成材料不会因为转移而被污染。

2.本发明所提供的这种加热球磨一体式管式炉，其利用重力的作用，使被合成材料和球磨球沿着呈螺旋管状结构的炉体内腔自由下落，具有节能的优点。

3.本发明所提供的这种加热球磨一体式管式炉，采用分段式设计，可以完成高温+球磨处理，保温+球磨处理，自然冷却+球磨处理，强制冷却+球磨处理之间的多种形式组合；而合理的分段式设计，则既可以保证材料结晶的均匀性，又可以有效的控制材料的颗粒度。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明一种具体实施例的结构示意图(图中螺旋线为炉体的中心线，其用来表征炉体)；

图2为本发明另一种具体实施例的结构示意图；

图3为本发明第三种具体实施例的结构示意图。